澳大利亚陆军“心智控制”机器狗与脑机接口

悉尼科技大学（UTS）的研究人员打破了人类和计算机之间的通信障碍，开发了一种新的生物传感器技术，允许用户用自己的脑电波控制设备。该技术本身将硅制造背后发达的知识与石墨烯材料相结合，以提供更导电、性能更好的传感器。

 

澳大利亚陆军演示了UTS开发的技术，士兵们使用UTS脑机接口控制一个四足机器人。图片由澳大利亚军队提供

 

脑机接口并不是一个新想法，埃隆·马斯克的Neuralink等公司希望开发一种用户可以接受的方法来控制假肢等设备。然而，UTS开发的解决方案代表了一种超紧凑的车载设备，它可以提供一种将BMI扩展到通用程度的有效方法。

为了让读者概述这项技术的好处和局限性，本文深入研究了UTS研究人员报告的BMI及其可能适用的应用。

 

基于石墨烯的干传感器测量脑电波

如果你想知道你的头骨下面发生了什么，开颅手术会给你最清晰的视野。然而，现在有一种侵入性小得多的方法可以将你的内心想法带到外部世界。脑电图（EEG）电极只是读取脑电波的一种方式，传统上依赖于使用凝胶的“湿”传感器来降低皮肤和传感器之间的接触电阻。然而，这些传感器对于连续使用来说并不是最佳的，因为凝胶可能会带来无数的问题，例如刺激或干燥。

如果干式传感器能够像湿式传感器一样发挥作用，那么将更容易将BMI集成到日常生活中。因此，UTS的研究人员利用他们在石墨烯方面的专业知识开发了自己的干BMI，并提高了性能。

 

UTS研究人员用于开发BMI设备的制造。图片由Applied Nano Materials提供

 

测试了几种模式，但最终，在头皮多毛区域使用干BMI传感器的最佳模式是使用石墨烯的六边形柱。尽管该传感器在受控测试中不能提供最低的接触阻抗，但考虑到头部的毛发和曲率，它确实在实际传感器中提供了最佳性能。

 

实时“精神控制”

为了评估传感器在现实传感情况下的性能，两项独立的测试给出了UTS BMI“读心”能力的定量和定性数据。第一项评估是传感器与金标准脑电图电极相比的信噪比。研究人员发现，干式传感器虽然无法达到湿式传感器的30 dB信噪比，但其信噪比高达25 dB，使其在金标准的打击范围内。

UTS小组还发现，除了较低的SNR外，干传感器的放置在SNR测量中引入了相当大的可变性，报告的值低至5dB。虽然这是一个必须解决的问题，但它可能为未来使用优化的系统提供改进空间。

 

实验室信噪比测试的结果表明，尽管干式传感器具有更高的信号电平，但湿式传感器的噪声降低仍使其暂时成为一种更可靠的解决方案。图片由Applied Nano Materials提供

 

最后，为了评估当前BMI控制实用设备的能力，UTS与澳大利亚陆军合作，将新开发的BMI与陆军的四足机器人集成。在测试中，一名操作员能够在两秒内向机器人发出多达九条命令。Damian Robinson中士称这一过程“非常直观”。因此，虽然UTS传感器在不久的将来可能不会被广泛部署，但初步结果表明，它有可能使人机通信变得更简单。

 

保持这种想法

虽然UTS提出并由澳大利亚陆军演示的技术令人兴奋且具有未来感，但它在很大程度上依赖于身体传感器，并且仍然容易出现随着控制的复杂性和速度而扩大的不准确。从这个意义上说，军事冲突、高精度制造或假肢开发等场景将从人机协同效应的增强中受益匪浅，但BMI目前还不是一种通用的接口解决方案。

虽然UTS BMI通过心灵感应向澳大利亚陆军的机器狗发出命令，但很有意思的是，与血管内传感器相比，可以看到发送命令的终极复杂性、准确性和速度。这些因素似乎是目前BMI的限制因素，但随着技术的发展和UTS等新的发展，键盘和控制器可能有一天会成为过去。